JPS63135701A - 蒸気発生器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、ボイラの排ガス等各種排ガスを利用して蒸気
を発生させる様にした蒸気発生器に関するものである。

［従来の技術］ 一般に、排ガスエネルギを回収する方法として、シェル
アンドチューブ型熱交換器やプレートフィン型熱交換器
により蒸気を発生させる方法がある。

［発明が解決しようとする問題点］ 前記シェルアンドチューブ型熱交換器の場合、管外自然
循環沸騰系を二次側に利用できて高乾度の蒸気を得られ
るが、軽量、コンパクトな形で伝熱面積を得ることがで
きず、一方、プレートフィン型熱交換器の場合、軽量、
コンパクトで広い伝熱面積を得られるが、蒸発様式は自
然循環型でなく一体貫流型であり二次側の排出蒸気には
多量のミストが混入した低乾度となり問題があった。

本発明は斯かる実情に鑑み、軽量、コンパクトで広い伝
熱面積が得られ、しかも高乾度の蒸気を得られる様にし
たものである。

［問題点を解決するための手段］　　一本発明は、複数
のプレートフィン型熱交換ユニットの間にダウンカマー
を形成配置し、該プレートフィン型熱交換ユニットの二
次側流路の上端上方、下端下方にそれぞれ上部二次ヘッ
ダ、下部二次ヘッダを形成し、上部二次ヘッダ、下部二
次ヘッダをダウンカマーに連通し、前記上部二次ヘッダ
で気水分離して蒸気を抽出する様にしたものである。

［作　　　用］ 一次流体が熱交換ユニットを通過する過程で該熱交換ユ
ニット中の二次流体を加熱して蒸気を発生させる。熱交
換ユニット中の蒸気、二次流体は上昇して上部二次ヘッ
ダに到り気水分離し、蒸気は抽出され、飽和液状態の二
次流体は冷えることなくダウンカマーを下降し再び熱交
換ユニットに流入する。

［実　施　例］ 以下図面を参照しつつ本発明の詳細な説明する。

第１図は熱交換部に直交流型プレートフィン型熱交換ユ
ニットを用いた実施例を示し、該実施例は排ガスダクト
の途中に設けられるものとする。

図中１，２はダクトフランジであり、箱型の容器３に取
付けられ、図示しない排ガスダクトにボルトにより接合
可能となっている。

波板状フィン４によって形成され、排ガス流５と平行な
流路６と、波板状フィン７によって形成される前記流路
６と直交する流路８とを交互に多層に積層して直交流型
プレートフィン型熱交換ユニット９を構成する。該熱交
換ユニット９．１０を前記容器３の内部、排ガス流路の
左右に、且中央部に空間を残置させて配設する。

該容器３の上流面、下流面それぞれの熱交換ユニット９
．１０対面部分を欠切させ、上流側ダクトと下流側ダク
ト（共に図示せず）とは流路６によって連通せしめる。

又、上流面残部即ち上流側離壁１１（第１図では図示さ
れない）と下流面残部即ち下流分離壁１２及び左右熱交
換ユニット９．１０によってダウンカマー１３を形成す
る。該ダウンカマー１３の中央部には該ダウンカマー１
３を左右に仕切るスプリッタ１４を固着しダウンカマ一
部の補強を図る。前記容器３は熱交換ユニット９．ｌＯ
の上方及び下方に更に延びており、熱交換ユニット９．
１０の上部、下部に上部ヘッダ１５、下部ヘッダ１６を
形成せしめる。該上部ヘッダ１５と下部ヘッダ１Ｂとは
流路８によって連通する。

又、上部ヘッダ１５、下部ヘッダ１６の内面にはそれぞ
れ凹型状の補強リブ１７を所要ピッチで固着し、ヘッダ
部の補強を図る。

又、上部ヘッダ１５の上面には蒸気排出管１８を設け、
上部ヘッダ１５のダウンカマ−１３上方位置に給水管１
９を連通し、該給水管１９は図示しない給水源に接続す
る。下部ヘッダ１６には飽和水排出管２０を設ける。

尚、図示していないが、上部ヘッダ１５の内部には水位
計を設け、上部ヘッダ内の水位を制御する為の検知信号
を得る様にする。

以下上記構成の蒸気発生器の作動について説明する。

、容器３の水位を上部へラダ１５の上部に空間が残置さ
れる様に決定しておき、この状態で排ガスを流通せしめ
る。排ガスが流路６を通過する過程でフィン４及び７を
介して熱交換が行われ流路８内の水が沸騰して蒸気を発
生する。この蒸気発生時の気泡の浮力、及び液体の密度
差により流路８内の水は上昇し自然循環作用を生じる。

又、気泡の浮力は液体の上昇力に大きく作用するが、気
泡が流路を閉塞する場合にはかえって液体の上昇を阻害
する。従って、流路８の各流路断面形状は流路の最小幅
が気泡径よりも大きくなる様にする。例えば容器内を大
気圧にすると流路の最小幅は６ｍａ＋以上である。尚、
容器内圧力が増せば気泡径が小さくなるので流路幅は小
さくできる。

流路内を上昇した気泡及び飽和水は上部ヘッダ１５で気
水分離され、分離された蒸気は蒸気排出管１８を経て所
要箇所へ排出され、飽和水はダウンカマー１３を下降し
て下部ヘッダ１６へ到る。

ここでダウンカマー１３の両側は熱交換ユニット９，１
０で覆れており、又ダウンカマー１３の上流面、下流面
はそれぞれ排ガス流に面しているので、飽和水のダウン
カマ−１３部下降時に於ける温度低下はなく、熱交換ユ
ニット９．ｌＯに流入した時点で直ちに蒸発が開始され
、蒸気気泡の浮力による飽和水循環作用が促進される。

従って、温度低下に伴う自然循環流速低下が防止される
。

下部ヘッダ１Ｂの飽和水は流路８を上昇し蒸発を伴いな
がら前記した様に上部ヘッダ１５に到る。

尚、前記上部ヘッダ１５内での気水分離は完全な液面が
形成された状態で行われる為蒸気へのミストの混入がな
く転変の高い蒸気が得られる。

ここで上記構成で得られる内部自然循環量は、ダウンカ
マー１３での流速低下のないこと、熱交換ユニット９．
ｌＯでの流れの円滑なこと等から蒸気排出量の数十倍〜
数百倍以上に達し、プレートフィン型熱交換器の熱交換
効率の高さと相俟って、大きな蒸気発生率が得られる。

又、上部ヘッダ１５内の水位は前記水位計によって監視
しており、該水位が常に所定の範囲内にある様給水管１
９より蒸気排出量に見合った水を給水する。尚、前記し
た様に蒸気排出量、即ち給水量は内部自然循環量に比し
て極めて少ないので、給水するに際し、予熱をする必要
がない。従って、予熱器は不要となる。更に、内部自然
循環量が給水量に応じて極めて大きく、容器３内の水は
全て飽和水と考えてよく、この飽和水を飽和水排出管２
０より抽出して他の蒸気発生器へ供給することもできる
。即ち該実施例の蒸気発生器は給水予熱器を兼ねること
も可能である。

次に、排ガス流の流れについて説明する。

第２図はダクト内に単にプレートフィン型の熱交換ユニ
ット９°を設けた場合の熱交換ユニット９°の上流側、
下流側それぞれの排ガス５の速度分布を示したものであ
る。上流側ではダクト壁面に近い部分の流速が中央部よ
り遅くなっているが、熱交換ユニット９°を通過する際
に整流されてダクト壁面近傍の流速がならされている。

第３図は本実施例の場合をモデル化したものであり、中
央部に排ガス５の流れを妨げるブロック２１（本実施例
ではダウンカマ一部に相当する）を設けたものである。

該ブロック２１により排ガスの中央部の流れが阻害され
、該ブロック２１で分断された部分の排ガス流の流速が
増加すると共に熱交換ユニット９の整流効果作用との相
乗効果により、整流の一層の均一化がなされる。

流路内で流路の均一化は本実施例の如く熱交換に供され
る流路長の短い熱交換器にあっては不可欠な要素であり
、ダウンカマー１３を中央部に設けたことによる効果は
前記した効果の他に排ガスの整流作用を上げ、熱交換効
率を高めている。

又、上記実施例での構造的特徴を説明する。

通常の蒸気発生器のダウンカマ一部の構造はシェル構造
である。従ってシェルの板厚は内圧に耐える様厚く重構
造とならざるを得ない。ところが、本実施例ではダウン
カマー１３の両側部をプレートフィン型の熱交換ユニッ
ト９．ｌＯで形成しである。該熱交換ユニット９，１０
はいわばハニカム構造であり、軽量で高強度である。こ
の為、熱交換ユニット９．ｌＯ自体が強度部材となり得
、ダウンカマ−１３自体については重構造とする必要が
ない。又、上部ヘッダ１５、下部ヘッダ１６に関しては
、前記した様に必要とあらば補強用リブ１７を固着し、
ダウンカマー１３を更に補強する場合には前記スプリッ
タ１４を設ける。

更に、熱交換ユニット９．ｌＯの大きさをダクト断面積
と同じ大きさにし得る為ダクト径を異径にする必要がな
く、ダクトに直接設けることができるので大型排ガスダ
クトのひきまわしが不要である。従って、設置面積は少
なくてよい。

又、本発明の他の実施例としては第４図に示す如く、上
記熱交換ユニット９を横方向に３以上配設してもよい。

更に又、応用例として第１図で示される蒸気発生器を流
れ方向にタンデムに複数配置してもよい。

第５図は並行流型のプレートフィン型熱交換ユニットを
使用した場合の実施例を示す。

図中２２はダウンカマー、２３は並行流型プレートフィ
ン型熱交換ユニットを示す。

該熱交換ユニット中の二次流体（前記実施例では水を示
した）側波板状フィン２４は−次流体（前記実施例では
排ガスを示した）側波板状フィン２５より上端部、下端
部を短くしてあり、又−夕波板状フイン２５の上端、下
端に仕切板２６゜２７を設け、仕切板２Ｂによって熱交
換器ユニット２３の上部に上部−次ヘッダ２８を形成し
、仕切板２７によって該ユニット２３の下部に下部−次
ヘッダ２９を形成する。上下両−次ヘッダ２８．２９は
波板状フィン２４で形成される流路３０によって連通ず
る。又、仕切板２Ｂと波板状フィン２４との空間、仕切
板２７と波板状フィン２４との間は、それぞれ二次流体
用の上部二次ヘッダ３１、下部二次ヘッダ３２となる。

二次流体の液位は上部二次ヘッダ３１に空間を残置する
位置に設定される。

一次流体３３は左右の一次流体人口３４より流入してそ
れぞれ上部−次ヘッダ２８、流路３０、下部−次ヘッダ
２９を経て一次流体出口３５より排出される。他方二次
流体３６はダウンカマー２２を下降し流路３７を上昇す
る自然循環を行い、流路３７を通過する過程で熱交換を
行い蒸気を発生する。

蒸気は上部二次へラダ３１で分離され蒸気排出口３８よ
り排出される。

上記実施例に於いても２以上の熱交換ユニット２３の間
にダウンカマー２２を配する構成は同一であり、前記し
た実施例と同様な作用効果を発揮することは勿論である
。

尚、二次波板状フィン１４に梨子地や窪みの表面処理を
施せば、沸騰気泡の発生が促進され、熱伝達が頗る良好
となる。特に熱流速１０’　ｋｃａｌ／ｄｈ以上の場合
、フィン表面を粗く加工しておくことにより熱伝達性が
向上する。フィン形状についても、矩型フィンや、その
他プレートフィン熱交換器に使用するフィンを波板形フ
ィンの代りに用いることも可能である。

又、前記実施例では、−次流体として排ガスを導入する
ようにしたが高温排水を導入するようにしてもよく、更
に、フロン等の冷媒用蒸気発生器として使用することも
できる。更に濃縮器としての使用も勿論可能である。

［発明の効果コ 以上述べた如く本発明によれば下記の優れた効果を発揮
する。

（１）　　ダウンカマ一部を設けて蒸気の浮上効果を利
用した自然循環流動を起させるようにしているので、１
００％に近い高乾き度の蒸気を得ることができる。

■　熱交換部にプレートフィン型熱交換ユニットを用い
たので、広い伝熱面積が容易に得られ、装置全体として
は軽量、コンパクトとなり、−次流体温度に近い蒸気を
生成し得る。

（２）　ダウンカマーをハニカム構造の熱交換ユニット
によるサンドイッチ構成により形成したので装置全体の
゛機械的強度が増加する。

０　ダウンカマーを内部配置にしたので、ダウンカマー
流通時の二次流体の温度低下を防止し得、二次流体の温
度低下に伴う自然循環流速低下による熱交換性能の劣化
を防止し得る。

（Ｖ）　　気液分離器無しで、純度の高い飽和蒸気と飽
和水とを同時に得ることができ、給水予熱器が不要とな
る。

６／Ｄ　　充分な自然循環流が得られるので、給水ポン
プの低能力化、或は廃止が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は一部を破断した本発明の１実施例の斜視図、第
２図は排ガス流路中のダウンカマーのない場合の排ガス
流速分布を示す説明図、第３図はダウンカマーのある場
合の排ガス流速分布の説明図、第４図は熱交換ユニット
を３以上備えた場合の説明図、第５図は他の実施例を示
す説明図である。 ９．１０は熱交換ユニット、１３．２２はダウンカマー
、１５は上部ヘッダ、１６は下部ヘッダ、２３は熱交換
ユニット、３１は上部二次ヘッダ、３２は下部二次ヘッ
ダを示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）複数のプレートフィン型熱交換ユニットの間にダウ
   ンカマーを形成配置し、該プレートフィン型熱交換ユニ
   ットの二次側流路の上端上方、下端下方にそれぞれ上部
   二次ヘッダ、下部二次ヘッダを形成し、上部二次ヘッダ
   、下部二次ヘッダをダウンカマーに連通し、前記上部二
   次ヘッダで気水分離して蒸気を抽出する様にしたことを
   特徴とする蒸気発生器。